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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Prüfung eines Prüflings während dessen
Rotation um eine Achse, insbesondere zur Prüfung einer drehzahlbetätigen Kupplung,
wobei der Prüfling
mit einer Antriebswelle und mit einer Abtriebswelle drehfest verbunden
ist und wobei die Antriebswelle von einem Motor antreibbar ist.
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Bei
der Konstruktion und Herstellung drehzahlbetätigter Kupplungen, wie beispielsweise
Fliehkraftkupplungen, ist es nötig,
diese zu prüfen,
wobei insbesondere die Aufnahme der Kennlinie des Ausgangsdrehmoments
der Kupplung über
der Drehzahl von Interesse ist. Hierfür sind im Stand der Technik diverse
Prüfstände bekannt,
mittels derer diese Messung bewerkstelligt werden kann. Bei Kupplungen, die
Drehmomente von beispielsweise 800 Nm bei Drehzahlen von 4.000 U/min übertragen
sollen, sind erhebliche Motorleistungen erforderlich. Klassisch wird
die Kupplung mit einem entsprechend starken Motor (z. B. im Leistungsbereich
von 350 kW) antriebsseitig angetrieben und abtriebsseitig mit einer Bremse
gekoppelt. Dies bedingt allerdings nicht nur einen erheblichen Energieaufwand,
auch bauen die Anlagen aufgrund der Größe des Motors und der Bremse
groß.
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Bekannt
geworden sind Prüfstände, die
mit einem geschlossenen Getriebezug arbeiten und so bezüglich der
Verlustleistung günstiger
sind. Die
DD 249 392
A3 offenbart einen Umgehungswellenstrang, der zwischen
der Antrieb- und der Abtriebswelle wirkt und mit dem eine Verspannung
der Kupplung erfolgen kann. Nachteilig ist hier eine sehr ausladende
Konstruktion.
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Die
DE 15 73 455 B beschreibt
einen Verspannungsprüfstand,
der einen hydrodynamischen Kreislauf zur Verspannung einsetzt, wobei
auch hier ein Umgehungswellenstrang eingesetzt wird. Demgemäß kann auch
diese Konstruktion nicht besonders kompakt ausgeführt werden.
Des Weiteren ergeben sich hier relativ hohe Energieverluste.
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Andere
Verspannungsprüfstände werden
in der
DE 17 73 542
A1 und in der
DE
31 00 848 C2 beschrieben, die auch wieder einen relativ
großen
Aufbau mit entsprechendem Platzbedarf haben und eine leistungsstarke
Antriebsmaschine benötigen.
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Nachteilig
ist bei allen vorbekannten Lösungen
mithin, dass zumeist eine hohe Leistungsaufnahme der Antriebsmaschine
gegeben ist, was entsprechende Energiekosten beim Betrieb des Prüfstands verursacht.
Weiterhin sind die vorbekannten Lösungen alle relativ ausladend
aufgebaut, so dass eine kompakte Bauweise nicht möglich ist.
Dementsprechend hoch ist auch der Platzbedarf der Prüfstände.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Prüfstand der
eingangs genannten Art so fortzubilden, dass die genannten Nachteile
behoben werden. Demgemäß soll eine
Prüfung,
insbesondere von drehzahlbetätigen
Kupplungen und namentlich von Fliehkraftkupplungen, möglich werden, ohne
auch bei hohen Belastungsdrehmomenten und hohen Drehzahlen eine
große
Antriebsmaschine zu benötigen.
Des Weiteren soll die Vorrichtung kompakt aufgebaut sein und dem
entsprechend nur einen geringen Platzbedarf haben.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe durch Erfindung zeichnet sich dadurch aus,
dass
die Antriebswelle ein erstes Getriebegehäuse durchsetzt und mit einem
im ersten Getriebegehäuse gelagerten
ersten Kegelrad drehfest verbunden ist,
dass die Abtriebswelle
ein zweites Getriebegehäuse durchsetzt
und mit einem im zweiten Getriebegehäuse gelagerten zweiten Kegelrad
drehfest verbunden ist,
dass an einem ortsfesten Ständerteil
der Vorrichtung konzentrisch zur Achse ein drittes Kegelrad drehbar gelagert
ist, wobei das dritte Kegelrad über
mindestens ein erstes, im ersten Getriebegehäuse gelagertes Kegelritzel
mit dem ersten Kegelrad im Verzahnungseingriff ist,
dass an
einem ortsfesten Ständerteil
der Vorrichtung konzentrisch zur Achse ein viertes Kegelrad gelagert ist,
wobei das vierte Kegelrad über
mindestens ein zweites, im zweiten Getriebegehäuse gelagertes Kegelritzel
mit dem zweiten Kegelrad im Verzahnungseingriff ist,
wobei
das dritte Kegelrad mit dem vierten Kegelrad über ein Drehmomentübertragungsglied
drehfest verbunden ist und
wobei Mittel vorhanden sind, mit
denen das zweite Getriebegehäuse
relativ zum ersten Getriebegehäuse
mit einem Drehmoment um die Achse beaufschlagt werden kann.
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Bevorzugt
ist das Drehmomentübertragungsglied
als Rohr ausgebildet, das konzentrisch zur Achse angeordnet ist;
dabei umgibt das Rohr den Prüfling
vorzugsweise.
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Im
ersten Getriebegehäuse
können
zwischen dem ersten Kegelrad und dem dritten Kegelrad zwei Kegelritzel
kämmend
angeordnet sein. Gleichfalls können
im zweiten Getriebegehäuse
zwischen dem zweiten Kegelrad und dem vierten Kegelrad zwei Kegelritzel
kämmend
angeordnet sein.
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Das
erste Kegelrad, das zweite Kegelrad, das dritte Kegelrad und das
vierte Kegelrad sind bevorzugt modulgleich und gleich groß.
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Die
Mittel zur Beaufschlagung des zweiten Getriebegehäuses relativ
zum ersten Getriebegehäuse
mit einem Drehmoment können
gemäß einer ersten
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung mindestens einen an einem der Getriebegehäuse angeordneten,
sich radial zur Achse erstreckenden Hebel umfassen, der mit einem
Zug- oder Druckmittel in Verbindung steht. Das Getriebegehäuse, an
dem der Hebel nicht angeordnet ist, kann dabei mit einer ortsfesten
Grundplatte der Vorrichtung drehfest verbunden sein. Weiterhin kann
in diesem Falle vorgesehen sein, dass das Zug- oder Druckmittel
einen Motor umfasst, mit dem eine Zug- oder Druckkraft auf den Hebel
ausgeübt
werden kann. Der mindestens eine Hebel kann dabei mit Messmitteln
zur Bestimmung der Zug- oder Druckkraft versehen sein.
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Eine
alternative Ausgestaltung der Mittel zur Beaufschlagung des zweiten
Getriebegehäuses
relativ zum ersten Getriebegehäuse
mit einem Drehmoment umfasst mindestens ein, mit einem Getriebegehäuse drehfest
verbundenes Zahnrad sowie ein mit dem Zahnrad kämmendes Ritzel, das von einem
Motor antreibbar ist. Zwischen dem Motor und dem Ritzel kann dabei
ein Drehmomentsensor angeordnet sein.
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In
beiden Fällen
gilt, dass der Motor zur Erzeugung eines vorgegebenen Drehmomentenverlaufs über der
Zeit ausgebildet sein kann.
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Sowohl
mit der Antriebswelle als auch mit der Abtriebswelle kann je ein
Drehzahlsensor verbunden sein, um eine Differenzdrehzahl zwischen den
Wellen zu detektieren.
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Eine
einfache konstruktive Ausgestaltung sieht vor, dass die Getriebegehäuse als
U-förmige Profile
ausgebildet sind.
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Zwischen
dem die Antriebswelle antreibenden Motor und der Antriebswelle kann
eine drehmomentübertragende
Kupplung, insbesondere eine Balgkupplung, angeordnet sein.
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In
die Antriebswelle und/oder in die Abtriebswelle kann ein Messmittel
zur Messung des Drehmoments in der Welle integriert sein. Hierbei
handelt es sich bevorzugt um einen Dehnmessstreifen.
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Ein
Ständerteil
der Vorrichtung samt zugehörigem
Getriebegehäuse
kann auf der Grundplatte der Vorrichtung in Richtung der Achse verschiebbar
angeordnet sein. Dies ermöglicht
die Anpassung des Prüfstandes
an verschieden große
bzw. lange Prüflinge.
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Die
Kegelräder
und Kegelritzel sind bevorzugt mittels Wälzlager gelagert. Bewährt haben
sie hierbei besonders Rillenkugellager oder Kegelrollenlager.
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Mit
dem vorgeschlagenen Prüfstand
ist es nunmehr in einfacher Weise möglich, präzise die Kennlinie einer drehzahlbetätigten Kupplung,
insbesondere einer Fliehkraftkupplung, aufzunehmen, um diese zu
prüfen.
Dies kann mit hohen Torsionsmomenten erfolgen, mit denen die Kupplung
beaufschlagt wird, wobei gleichzeitig hohe Drehzahlen gefahren werden
können.
Die benötigte
Antriebsleistung ist dennoch relativ gering.
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Die
zu prüfende
Kupplung kann mit dem vorgeschlagenen Prüfstand in einfacher Weise mit
einem hohen Torsionsmoment beaufschlagt werden. Dennoch muss der
Antriebsmotor nur die Reibung der Vorrichtung, insbesondere der
Zahnräder
und der Lager, überwinden,
um auf die benötigte
Drehzahl zu kommen.
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Mit
der Vorrichtung kann eine große
Bandbreite an Kupplungen geprüft
werden, wobei stets das benötigte
Torsionsmoment zur Verfügung
steht.
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Der
Antriebsmotor kann klein dimensioniert werden, was sich aus dem
genannten Vorteil ergibt, dass nur die Reibung im System überwunden
werden muss.
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Das
Aufbringen des Torsionsmoments ist in einfacher Weise und genau
gesteuert möglich.
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Vorteilhaft
ist es unter Energiegesichtspunkten auch, dass kein Bremsaggregat
erforderlich ist und folglich nur geringe Abwärme entsteht.
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Ebenfalls
ist es von Vorteil, dass eine relativ kleine und platzsparende Konstruktion
möglich
ist, so dass die Vorrichtung auch kostengünstig herstellbar ist.
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In
der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der
Erfindung dargestellt. Es zeigen:
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1 schematisch
den Aufbau einer Vorrichtung zur Prüfung einer Kupplung gemäß einer ersten
Ausführungsform
der Erfindung,
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2 schematisch
den Aufbau der Prüf-Vorrichtung
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung,
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3 die
geschnitten dargestellte Seitenansicht der Prüf-Vorrichtung gemäß 2 in
detaillierter Darstellung,
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4 den
Schnitt B-B gemäß 3 und
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5 den
Schnitt A-A gemäß 3.
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In 1 ist
zunächst
nur sehr schematisch der Aufbau einer Vorrichtung 1 zum
Prüfen
eines Prüflings 2 skizziert,
wobei es sich bei dem Prüfling um
eine Fliehkraftkupplung handelt, von der die Kennlinie vermessen
werden soll, d. h. der Verlauf des Ausgangsdrehmoments über der
Drehzahl bei gegebenem Eingangsdrehmoment. Der Prüfling 2 ist antriebsseitig
mit einer Antriebswelle 3 und abtriebsseitig mit einer
Abtriebswelle 4 drehfest verbunden. Die Antriebswelle 3 ist über eine
Balgkupplung 28 mit einem Motor 5 verbunden, der
als Antriebsmotor der Vorrichtung fungiert. Axial beiderseits des
Prüflings 2 befindet
sich je ein Getriebegehäuse,
nämlich
ein erstes Getriebegehäuse 6 und
ein zweites Getriebegehäuse 8.
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Die
Antriebswelle 3 durchsetzt dabei das erste Getriebegehäuse 6 und
ist mit einem im ersten Getriebegehäuse 6 in einem Rillenkugellager 30 gelagerten
ersten Kegelrad 7 drehfest verbunden. Die Abtriebswelle 4 durchsetzt
analog das zweite Getriebegehäuse 8 und
ist mit einem im zweiten Getriebegehäuse 8 ebenfalls kugelgelagerten
zweiten Kegelrad 9 drehfest verbunden.
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An
einem ortsfesten Ständerteil 10 der
Vorrichtung 1 ist konzentrisch zur Achse A ein drittes
Kegelrad 11 drehbar gelagert. Das dritte Kegelrad 11 ist über zwei
Kegelritzel 12 mit dem ersten Kegelrad 7 im Verzahnungseingriff,
wobei die beiden Kegelritzel 12 im ersten Getriebegehäuse 6 kugelgelagert
sind. Analog ist an einem ortsfesten Ständerteil 13 der Vorrichtung 1 konzentrisch
zur Achse A ein viertes Kegelrad 14 gelagert, wobei das
vierte Kegelrad 14 auch über zwei zweite im zweiten
Getriebegehäuse 8 gelagerte
Kegelritzel 15 mit dem zweiten Kegelrad 9 im Verzahnungseingriff
sind.
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Wesentlich
ist, dass das dritte Kegelrad 11 mit dem vierten Kegelrad 14 über ein
Drehmomentübertragungsglied 16 drehfest
verbunden ist, wobei das Drehmomentübertragungsglied 16 hier
als Rohr ausgebildet ist, das den Prüfling 2 umschließt.
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Ferner
sind Mittel 17 vorhanden, mit denen das zweite Getriebegehäuse 8 relativ
zum ersten Getriebegehäuse 6 mit
einem Drehmoment um die Achse A beaufschlagt werden kann. Dies dient
dazu, den Prüfling 2 mit
einem Torsionsmoment zu belasten.
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Die
Mittel 17 zur Aufbringung des Torsionsmoments in den Prüfling 2 bestehen
im Ausführungsbeispiel
nach 1 aus einem Zahnrad 22 in Form eines
Stirnrades, das mit einem Ritzel 23 kämmt. Das Ritzel 23 ist
von einem Motor 24 angetrieben, wobei das effektiv wirksame
Antriebsdrehmoment des Ritzels 23 von einem Drehmomentsensor 25 erfasst wird.
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Das
Lastverhalten des Prüflings 2 kann durch
Drehzahlsensoren 26 auf der Antriebsseite und 27 auf
der Abtriebsseite beobachtet werden.
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Die
Ausführungsform
gemäß 2 zeigt
einen sehr ähnlichen
Aufbau. Die grundsätzlichen
Ausführungen
zum Aufbau gelten hier genauso, wie im Zusammenhang mit 1 beschrieben.
Zu erkennen ist hier ergänzend
noch ein Messmittel 29 zur Messung des Drehmoments, das
auf den Prüfling 2 wirkt.
Lediglich die Mittel 17 zur Aufbringung des Torsionsmoments
sind bei der Lösung
gemäß 2 anders
gestaltet. Aus dem zweiten Getriebegehäuse 7 ragt hier radial
zur Achse A ein Hebel 18 heraus, an dem (nicht dargestellte)
Zugmittel angreifen und so das Getriebegehäuse 7 um die Achse
A tordieren. Details zu dem Aufbau der Mittel 17 sind aus
den 3 bis 5 ersichtlich.
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In
diesen 3 bis 5 wird ein Prüfstand gemäß 2 gezeigt,
bei dem diverse konstruktive Details ersichtlich sind. Genauso wie
bei 2 gilt auch hier, dass sich die Bezugsziffern
entsprechen. Demgemäß erübrigen sich
auch weitere Ausführungen
zum Aufbau, es gilt das zum Ausführungsbeispiel
gemäß 1 Gesagte.
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Zu
erwähnen
ist hier lediglich, dass die Mittel 17 zur Aufbringung
des Torsionsmoments auf den Prüfling 2 zwei
Hebel 18 aufweisen, die beidseitig aus dem zweiten Getriebegehäuse 8 herausragen und
mit Zug- bzw. Druckmitteln 19 in gelenkiger Verbindung
stehen. Die Zug- bzw. Druckmittel 19 in Form einer Zug-
bzw. Druckstange sind wiederum gelenkig an einem Anker 31 (s. 4)
angebracht, wobei der Anker 31 von dem Motor 21 gedreht
werden kann, um in gewünschter
Weise das Torsionsmoment durch Verdrehen des zweiten Getriebegehäuses 8 relativ
zum ersten Getriebegehäuse 6 aufzubringen.
Die gesamte Anordnung ist an einer ortsfesten Grundplatte 20 der
Vorrichtung 1 befestigt.
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Zur
Prüfung
des Prüflings 2,
d. h. zur Aufnahme seiner Kennlinie, wird der Antriebsmotor 5 aktiviert.
Durch die Anordnung der Kegelräder
dreht sich die Antriebswelle 3 und die Abtriebswelle 4 in
die gleiche Richtung mit derselben Geschwindigkeit. Wird ein Torsionsmoment
durch die Mittel 17 in das System und insbesondere in den
Prüfling
eingeleitet, muss der Motor 5 lediglich die Reibung im
System ausgleichen.
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Wenn
das zweite Getriebegehäuse 8 bei
stehendem Motor 5 verdreht wird, rotiert gleichzeitig die Abtriebswelle 4 des
Prüflings 2.
Es entsteht eine Differenzdrehzahl zwischen der Antriebswelle 3 und
der Abtriebswelle 4, die durch die Drehzahlsensoren 26, 27 ermittelt
werden kann. Ebenso entsteht bei sich drehendem Motor 5 eine
Differenzdrehzahl, während das
zweite Getriebegehäuse 8 rotiert.
Bei entsprechender Drehzahl kann der Prüfling 2 ein Drehmoment
zur Abtriebsseite hin übertragen.
Durch Verdrehen des zweiten Getriebegehäuses 8 entsteht zunächst ein
Gegenmoment. Sobald ein Durchrutschen der Kupplung 2 von
der An- zur Abtriebsseite erfolgt, wird das Drehmoment über den
Drehmomentensensor (s. z. B. Sensor 25 in 1)
und über
die Übersetzung
des Stirnradpaares 22, 23 (s. 1)
und dessen Übersetzung
ermittelt.
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Der
Prüfling 2 und
die Kegelräder
befinden sich in einem geschlossenen Kreissystem. Das durch die
Verdrehung der Getriebegehäuse 6, 8 entstehende Drehmoment
belastet somit nur die Bauteile innerhalb des Kreissystems. Der
Motor 5 muss daher nur die entstehende Reibung der Kegelräder und
der Lager überwinden,
um auf die erforderliche Drehzahl zu kommen.
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Unter
den Getriebegehäusen 6 und 8 sind nicht
notwendiger Weise geschlossene Strukturen zu verstehen, sondern
generell alle Maschinenteile, die Zahnräder – hier: Kegelräder – zueinander
lagern bzw. diese tragen.
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Prüfling (Fliehkraftkupplung)
- 3
- Antriebswelle
- 4
- Abtriebswelle
- 5
- Motor
- 6
- erstes
Getriebegehäuse
- 7
- erstes
Kegelrad
- 8
- zweites
Getriebegehäuse
- 9
- zweites
Kegelrad
- 10
- Ständerteil
- 11
- drittes
Kegelrad
- 12
- erstes
Kegelritzel
- 13
- Ständerteil
- 14
- viertes
Kegelrad
- 15
- zweites
Kegelritzel
- 16
- Drehmomentübertragungsglied
(Rohr)
- 17
- Mittel
zur Aufbringung eines Drehmoments
- 18
- Hebel
- 19
- Zug-
oder Druckmittel
- 20
- Grundplatte
- 21
- Motor
- 22
- Zahnrad
- 23
- Ritzel
- 24
- Motor
- 25
- Drehmomentsensor
- 26
- Drehzahlsensor
- 27
- Drehzahlsensor
- 28
- Kupplung
(Balgkupplung)
- 29
- Messmittel
zur Messung des Drehmoments
- 30
- Wälzlager
(Rillenkugellager)
- 31
- Anker
- A
- Achse